(57)【要約】【課題】非破壊検査に必要な印加交流磁界の周波数に何ら影響を及ぼすことなく、低周波帯域を用いた検査が可能となるＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置を提供する。【解決手段】試料の外部から交流磁界を印加可能な印加コイル３を有するとともに、補償コイル４を用いてＳＱＵＩＤ磁気センサ１に侵入する磁気雑音をリアルタイムで遮蔽するアクティブ磁気遮蔽手段を有する。そして、ＳＱＵＩＤ磁気センサ１に侵入した磁気雑音による出力をＳＱＵＩＤ磁気センサ１近辺に配置した補償コイル４にフィードバックしてＳＱＵＩＤ磁気センサ１周囲の磁気雑音をリアルタイムで遮蔽する、フィードバック回路を用いる。【選択図】図１
2005265780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の外部から交流磁界を印加可能な印加コイルを有するとともに、補償コイルを用いてＳＱＵＩＤ磁気センサに侵入する磁気雑音をリアルタイムで遮蔽するアクティブ磁気遮蔽手段を有することを特徴とするＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置。
【請求項２】
請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置において、ＳＱＵＩＤ磁気センサに侵入した磁気雑音による出力をＳＱＵＩＤ磁気センサ近辺に配置した補償コイルにフィードバックしてＳＱＵＩＤ磁気センサ周囲の磁気雑音をリアルタイムで遮蔽する、フィードバック回路を用いたアクティブ磁気遮蔽手段を有することを特徴とするＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置。
【請求項３】
請求項２記載のＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置において、前記フィードバック回路は、前記印加コイルから印加する交流磁界の周波数を中心とする狭帯域のみを遮断する帯域遮断フィルタを用いることにより、非破壊検査に用いる周波数の外部印加磁界は遮蔽せず、他の周波数の磁気雑音のみを遮蔽することを特徴とするＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載のＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置において、前記ＳＱＵＩＤ磁気センサが、高温超伝導ＳＱＵＩＤ、あるいは高温超伝導ＳＱＵＩＤグラジオメータであることを特徴とするＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置。
【請求項５】
請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置において、前記アクティブ磁気遮蔽手段を用い、試料に外部交流磁界を印加して、かつ試料を移動させて走査を行う機構を具備することを特徴とするＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置。
【請求項６】
請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置において、前記アクティブ磁気遮蔽手段を用い、試料に外部交流磁界を印加して、かつ前記ＳＱＵＩＤ磁気センサを移動させながら走査を行う機構を具備することを特徴とするＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置。
【請求項７】
請求項６記載のＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置において、前記アクティブ磁気遮蔽手段を用い、試料に外部交流磁界を印加して、かつ前記ＳＱＵＩＤ磁気センサをアーム制御機構によって制御される走査アームによって３次元的に移動させながら走査を行うことを特徴とするＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料や導電性複合材料などを用いた構造物に発生する微小欠陥や深部欠陥などの検出において、劣悪な磁気環境下での低雑音計測を可能にするＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置に係り、特に、アクティブ磁気遮蔽手段を用いたＳＱＵＩＤ非破壊検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属材料や導電性複合材料などを用いた構造物における非破壊検査においては、渦電流を誘導して亀裂を検出する渦流探傷法、超音波を用いる超音波試験法、Ｘ線を用いるＸ線試験法がこれまでに実用化されており、さらにＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉素子；Ｓｕｐｅｒｃｏｄｕｃｔｉｎｇ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ）磁気センサを用いる非破壊検査方法も提案されている（下記特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０７−０７７５１６号公報
【特許文献２】特開平１０−０３８８５４号公報
【非特許文献１】Ｙ．Ｈａｔｓｕｋａｄｅ，ｅｔ  ａｌ．，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ａｐｐｌ．Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ．，Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．２，ｐｐ．２０７−２１０，２００３．
【非特許文献２】Ｄ．Ｆ．Ｈｅ，ｅｔ  ａｌ．，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ａｐｐｌ．Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ．，Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．２，ｐｐ．２００−２０２，２００３．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の渦流探傷法では、高い感度を得るには高周波数の渦電流を誘導する必要があるため、試料表面近くのコンマ数ｍｍ程度の範囲しか検査が行えないという問題点がある。また、ＳＱＵＩＤ磁気センサなどと比較すると、感度が不十分である。従来の超音波試験法は、一様な金属材料に対しては優れた検査法であるが、内部が複雑な構造となっている複合材料に対しては、界面で超音波が反射したり散乱したりするため精密な検査が行えない。従来のＸ線試験法も優れた検査法であるが、Ｘ線は一般的に扱いづらく、被爆の問題から特別な施設や資格を必要とするため、汎用性が低い。
【０００４】
一方、ＳＱＵＩＤ磁気センサを用いた非破壊検査手法は、低周波数帯域においても大変高い感度を有するＳＱＵＩＤ磁気センサを用いるため、渦流探傷法よりもはるかに深部および微小な欠陥の検出が可能となる。また、超音波試験法よりは内部の複雑構造の影響を受け難く、複合材料への適用が可能であることも証明されている。さらに、Ｘ線試験法のような危険性も少なく、特別な施設や資格の必要性もない。
【０００５】
しかしながら、ＳＱＵＩＤ磁気センサを用いた非破壊検査手法は、低周波数帯域の強い外部磁場変動に弱く、鉄などの強磁性体の検査を行うには難があった。
【０００６】
すなわち、ＳＱＵＩＤ磁気センサを用いた非破壊検査手法においては、これまでに雑音出力を補償コイルを用いてＳＱＵＩＤ磁気センサにフィードバックして磁気雑音を遮蔽する磁気雑音低減法が提案されており、フィードバック回路には高周波数遮断フィルタが用いられていた。これにより、低周波における磁気雑音は遮蔽されるが、一方でＳＱＵＩＤ磁気センサの最大の長所である低周波数帯域での利用が不可能となり、深部欠陥の検出能力に自ら限界を設けてしまうという問題点があった（上記特許文献２、上記非特許文献１，２参照）。
【０００７】
本発明は、上記状況に鑑みて、非破壊検査に必要な印加交流磁界の周波数に何ら影響を及ぼすことなく、低周波数から高周波数までノイズを減らして、かつ、これまでは困難であったＳＱＵＩＤ磁気センサを移動させながら広範囲が検査可能となるＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
〔１〕ＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置において、試料の外部から交流磁界を印加可能な印加コイルを有するとともに、補償コイルを用いてＳＱＵＩＤ磁気センサに侵入する磁気雑音をリアルタイムで遮蔽するアクティブ磁気遮蔽手段を有することを特徴とする。
【０００９】
〔２〕上記〔１〕記載のＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置において、ＳＱＵＩＤ磁気センサに侵入した磁気雑音による出力をＳＱＵＩＤ磁気センサ近辺に配置した補償コイルにフィードバックしてＳＱＵＩＤ磁気センサ周囲の磁気雑音をリアルタイムで遮蔽する、フィードバック回路を用いたアクティブ磁気遮蔽手段を有することを特徴とする。
【００１０】
〔３〕上記〔２〕記載のＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置において、前記フィードバック回路は、前記印加コイルから印加する交流磁界の周波数を中心とする狭帯域のみを遮断する帯域遮断フィルタを用いることにより、非破壊検査に用いる周波数の外部印加磁界は遮蔽せず、他の周波数の磁気雑音のみを遮蔽することを特徴とする。
【００１１】
〔４〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載のＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置において、前記ＳＱＵＩＤ磁気センサが、高温超伝導ＳＱＵＩＤ、あるいは高温超伝導ＳＱＵＩＤグラジオメータであることを特徴とする。
【００１２】
〔５〕上記〔１〕記載のＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置において、前記アクティブ磁気遮蔽手段を用い、試料に外部交流磁界を印加して、かつ試料を移動させて走査を行う機構を具備することを特徴とする。
【００１３】
〔６〕上記〔１〕記載のＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置において、前記アクティブ磁気遮蔽手段を用い、試料に外部交流磁界を印加して、かつ前記ＳＱＵＩＤ磁気センサを移動させながら走査を行う機構を具備することを特徴とする。
【００１４】
〔７〕上記〔６〕記載のＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置において、前記アクティブ磁気遮蔽手段を用い、試料に外部交流磁界を印加して、かつ前記ＳＱＵＩＤ磁気センサをアーム制御機構によって制御される走査アームによって３次元的に移動させながら走査を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フィードバック回路に印加交流磁界の周波数を中心とした狭帯域のみを遮断する帯域遮断フィルタを用いることにより、非破壊検査に必要な印加交流磁界の周波数になんら影響を及ぼすことなく、低磁気雑音での検査が可能となる。
【００１６】
また、検査に用いる周波数以外の磁気雑音を遮蔽できるため、劣悪な磁気環境下にあっても高精度な検査が可能となり、実用化に大きく寄与することができる。
【００１７】
さらに、従来の方法では、地磁気の影響によりＳＱＵＩＤ磁気センサを移動させて広範囲を走査するということが不可能であったが、本発明によれば、ＳＱＵＩＤ磁気センサが移動可能となり、従来では困難であった大型構造物の非破壊検査への実用化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
ＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置において、試料の外部から交流磁界を印加可能な印加コイルを有するとともに、補償コイルを用いてＳＱＵＩＤ磁気センサに侵入する磁気雑音をリアルタイムで遮蔽するアクティブ磁気遮蔽手段を設ける。よって、非破壊検査に必要な印加交流磁界の周波数になんら影響を及ぼすことなく、低磁気雑音での検査が可能となる。
【００１９】
本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は本発明の第１実施例を示す非破壊検査装置の模式図である。
【００２１】
この図において、１は高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサ、２は高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサを冷却するための冷凍機、３は外部磁界印加コイル、４は補償コイル、５は帯域遮断フィルタ（ＢＥＦ）、６は検査対象物（サンプル）、７はその検査対象物（サンプル）６の欠陥、８は検査対象物（サンプル）６を走査するために２次元移動させるサンプル移動用走査台である。
【００２２】
このように、高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサ１は冷凍機２によって冷却され、この高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサ１の回りには外部磁界印加コイル３と補償コイル４とが配置されている。そして、検査対象物（サンプル）６を走査台８に配置し、外部磁界印加コイル３に電流を印加してサンプル６に渦電流を誘導する。サンプル６に欠陥７がある場合、その欠陥７が渦電流の流れを乱し、この乱れた電流により発生する磁界を、冷凍機２で冷却した高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサ１で検出する。高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサ１の出力は、ＢＥＦ５を通過し、外部印加磁界のもつ周波数以外の成分が補償コイル４にフィードバックされる。これにより、外部印加磁界に対してはなんら影響することなく、外部印加磁界のもつ周波数以外の磁気雑音を補償コイル４が打ち消し、磁界を発生させ、低雑音での欠陥検査が可能となる。
【００２３】
このような構成によれば、サンプル６が常時強い磁界を発生する鉄などの強磁性体であっても、サンプル６がＳＱＵＩＤ磁気センサ１を通過したときに発生する検査に必要でない周波数の磁界を遮蔽することができるため、非磁性体・磁性体を問わず、導電性材料を対象とした、雑音を排除した高精度な非破壊検査が可能となる。
【００２４】
実際に、図１に示す構成をもつＳＱＵＩＤ非破壊検査装置を作製し、ＳＱＵＩＤ出力雑音の測定を行った結果を図２に示す。この図２において、横軸は周波数〔Ｈｚ〕、縦軸は磁気雑音〔ｍφ0 ／Ｈｚ1/2 〕を示している。
【００２５】
ここでは、５０Ｈｚを中心とする帯域を遮断する帯域遮断フィルタを用いた。比較のため、アクティブ磁気遮蔽機能を動作させた状態のノイズＡに対してアクティブ磁気遮蔽機能を動作させなかった状態のノイズＢも測定して、図２に示した。
【００２６】
この図２に示すように、本発明によるアクティブ磁気遮蔽を適用することにより、アクティブ磁気遮蔽機能を動作させなかった状態と比較して、５０Ｈｚ周辺を除く全ての周波数帯域において１桁近く環境磁気雑音を低減することができた。
【実施例２】
【００２７】
図３は本発明による第２実施例を示す非破壊検査装置の模式図である。
【００２８】
この実施例は、高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサ１１、高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサ１１を冷却するための冷凍機１２、外部磁界印加コイル１３、補償コイル１４、帯域遮蔽フィルタ（ＢＥＦ）１５、そして検査対象物（サンプル）１７を走査するために高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサ１１を移動させるセンサ移動用走査機構１６から構成される。
【００２９】
このような構成において、サンプル１７をこの非破壊検査装置の下部に配置し、外部磁界印加コイル１３に電流を印加してサンプル１７に渦電流を誘導する。サンプル１７に欠陥１８がある場合、その欠陥１８が渦電流の流れを乱し、この乱れた電流により発生する磁界を、冷凍機１２で冷却した高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサ１１で検出する。高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサ１１の出力は、ＢＥＦ１５を通過し、外部磁界印加コイル１３によって生じる外部印加磁界のもつ周波数以外の成分が補償コイル１４にフィードバックされる。これにより、外部印加磁界に対してはなんら影響することなく、地磁気中を移動させることによって高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサ１１に鎖交する印加磁界以外の周波数をもつ磁気雑音に対して、補償コイル１４が打ち消し磁界を発生させる。これにより高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサ１１を移動させながらの欠陥検査が可能となる。
【００３０】
このような構成によれば、サンプル１７が容易に移動させられない大型の構造物であっても、広範囲に渡った高精度な非破壊検査が可能となる。実際に、図３に示す構成をもつＳＱＵＩＤ非破壊検査装置を作製し、高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサ１１の移動と、移動時のＳＱＵＩＤ出力雑音の測定を行った。高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサ１１を固定した状態、アクティブ磁気遮蔽なしでセンサを移動させた状態、アクティブ磁気遮蔽を動作させてセンサを移動させた状態における、ＳＱＵＩＤ出力雑音の測定結果を表１に示す。また、より高性能な高温超伝導ＳＱＵＩＤグラジオメータを用いた場合の結果を表２に示す。
【００３１】
【表１】
2005265780.tif 000003
【００３２】
【表２】
2005265780.tif 000004
このとき、５０ＨｚのＢＥＦを用いた。表１に示すように、アクティブ磁気遮蔽を適用していない状態ではＳＱＵＩＤ磁気センサを移動させることは不可能であったが、本発明によるアクティブ磁気遮蔽の適用により、８ｍｍ／ｓの速度でＳＱＵＩＤ磁気センサを低雑音の状態で移動させることが可能となった。移動速度を３２ｍｍ／ｓに増加しても、ＳＱＵＩＤのロックは外れず、８ｍｍ／ｓの移動と同じレベルの出力雑音が得られた。
【実施例３】
【００３３】
図４は、本発明の第３実施例を示す非破壊検査装置の模式図である。
【００３４】
この実施例は、高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサ２１、高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサ２１を冷却するための冷凍機２２、外部磁界印加コイル２３、補償コイル２４、帯域遮断フィルタ（ＢＥＦ）２５、冷凍機２２ごと高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサ２１を移動させるセンサ移動用ロボットアーム（走査アーム）２６、アーム制御機構２７、車輪２８から構成されている。
【００３５】
このような構成において、実施例２と同様に、地磁気中を移動させることによって高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサ２１に鎖交する印加磁界以外の周波数をもつ磁気雑音に対して、補償コイル２４が打ち消し磁界を発生させることにより、高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサ２１を移動させながらの欠陥検査が可能となる。
【００３６】
このような構成によれば、センサ移動用ロボットアーム（走査アーム）２６によりさまざまな運用上の汎用性が生まれ、検査場所や検査対象の大小を問わず、自動操縦による非破壊検査が可能となる。
【００３７】
実際に、図４に示す構成をもつＳＱＵＩＤ非破壊検査装置を作製し、高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサの移動と、移動時のＳＱＵＩＤ出力雑音の測定を行ったところ、実施例２の表１に示した結果と同等の結果が得られた。すなわち、アクティブ磁気遮蔽の適用以前はＳＱＵＩＤ磁気センサを移動させることは不可能であったが、本発明によるアクティブ磁気遮蔽の適用により、３２ｍｍ／ｓの速度で高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサを移動させることが可能となった。また、高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサ移動中のＳＱＵＩＤ出力雑音に関しては、移動させない状態と比較して、ほぼ同等の雑音レベルを保持することが可能であった。
【００３８】
本発明で用いるＳＱＵＩＤ磁気センサとしては、以下のものが好適である。
【００３９】
（１）高温超伝導ＳＱＵＩＤ
高温超伝導ＳＱＵＩＤとしては、酸化物高温超伝導体を薄膜材料に用いた高い超伝導転移温度をもつＳＱＵＩＤ、または酸化物高温超伝導体として、主にイットリウム（Ｙ）系の酸化物材料（ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x ）を用いたものが好ましい。ただし、ＹについてはＹｂ、Ｅｒなど他のIII Ａ族元素を用いても良い。
【００４０】
（２）高温超伝導ＳＱＵＩＤグラジオメータ
高温超伝導ＳＱＵＩＤグラジオメータとしては、上記（１）の高温超伝導ＳＱＵＩＤにおいて、磁束を検出する検出コイルに差分型のコイルを用いたものが好ましい。この差分型検出コイルの使用により、空間的に一様な勾配をもつ環境磁気雑音を低減することができる。その場合、検出コイルの形状により、図５に示す一次微分型検出コイル３１を有する一次微分型グラジオメータから二次、三次などの高次微分型グラジオメータまでを含む。
【００４１】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明ＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる非破壊検査装置は、特に製造工場や発電所などの劣悪な磁気環境下における導電性材料の非破壊検査において低雑音化を実現する、あるいは航空機・ロケット・船舶など大型構造物に対する精密な広範囲非破壊検査装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施例を示す非破壊検査装置の模式図である。
【図２】本発明の第１実施例の非破壊検査装置のＳＱＵＩＤ出力雑音の測定結果を示す図である。
【図３】本発明による第２実施例を示す非破壊検査装置の模式図である。
【図４】本発明の第３実施例を示す非破壊検査装置の模式図である。
【図５】本発明にかかる一次微分型グラジオメータの一次微分型検出コイルの模式図である。
【符号の説明】
【００４４】
１，１１，２１    高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサ
２，１２，２２    冷凍機
３，１３，２３    外部磁界印加コイル
４，１４，２４    補償コイル
５，１５，２５    帯域遮断フィルタ（ＢＥＦ）
６，１７    検査対象物（サンプル）
７，１８    検査対象物（サンプル）の欠陥
８    サンプル移動用走査台
１６    センサ移動用走査台
２６    センサ移動用ロボットアーム（走査アーム）
２７    アーム制御機構
２８    車輪
３１    一次微分型検出コイル
【図１】
2005265780.tif 000005
【図２】
2005265780.tif 000006
【図３】
2005265780.tif 000007
【図４】
2005265780.tif 000008
【図５】
2005265780.tif 000009